随着海洋工程的迅速发展,海上能源的开发逐步由近海向深海推进。浮式结构是深海工程中常用的结构形式,一般采用吸力式桩基础作锚固基础。国内外学者对吸力式桩的研究多采用室内小尺寸模型试验和数值模拟的方法开展,且对在斜拉荷载作用下钢管桩承载特性的研究尚处于起步阶段。为使研究结果更符合工程实际,本文依托山西省“百人计划”项目(深海结构与基础,项目编号:800101-02030017),采用大尺寸钢管桩模型,基于阵列式位移计测试技术对钢管桩在斜拉荷载作用下的承载特性进行了室内试验,并结合数值模拟分析,探讨了不同工况下的破坏特征,针对不同长径比、不同荷载作用角度和作用位置对钢管桩承载特性的影响进行了系统研究。在本文研究范围内,获得了如下主要结论:(1)通过对5种工况下钢管桩的室内模型试验,得到在相同长径比条件下,钢管桩抗斜拉荷载的能力随着荷载作用角度的增大而减小,而在相同荷载作用角度下,钢管桩的抗斜拉荷载的能力随着长径比的增加而提高。从破坏特征来看,5种工况下钢管桩周围土体产生不同程度破坏,桩前被动侧形成破坏楔形体并隆起一定高度,楔形体上出现若干裂缝,桩后主动侧出现沉陷和裂隙。(2)阵列式位移计技术在本次试验中得到应用,实时监测了桩身在不同荷载作用下的位移状态,表明在斜拉荷载作用下,桩身位移由平移和转动组成。不同的加载条件和桩身参数下,平移和转动位移所占比例有所不同。(3)有限元分析结果表明,荷载作用位置对极限承载力的影响与荷载作用角度有关,荷载作用角度≥30°时,荷载作用位置对钢管桩在斜拉荷载作用下的极限承载力影响不大。当荷载作用角度≤15°时,荷载作用位置对钢管桩在斜拉荷载作用下的极限承载力影响较大。斜拉荷载作用在距离桩顶0.8倍桩长处时,钢管桩的极限承载力取得最大值。斜拉荷载作用下钢管桩的极限承载力随长径比的增加而提高。斜拉荷载作用下钢管桩的极限承载力随着加载角度的增大而减小。荷载作用角度≤30°时,这种变化明显。荷载作用角度>30°时,这种变化变缓。综上所述,在工程中采用钢管桩作为锚固基础时,建议尽量将系泊位置设置在桩身下部,采用较小的加载角度,另外,有条件时,优先选用长径比大的钢管桩。